CN111549340A - 一种高硬度激光熔覆用合金粉末及无缺陷熔覆层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高硬度激光熔覆用合金粉末及无缺陷熔覆层制备方法，合金粉末包括如下组分(以质量百分数计)：C：0.25～0.55％；Si：0.4～0.6％；Cr：17～19％；V：1.5～2.5％；Mo：0.08～0.15％；Ni：2.5～3.3％；Fe：余量；熔覆涂层制备方法包括以下步骤：(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱；(2)密封包装干燥好的合金粉末；(3)将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层。采用本发明的技术方案，在激光熔覆加工后可以和基材形成良好冶金结合、无缺陷的熔覆层，熔覆层表面和截面均无裂纹和气孔等缺陷，满足了激光熔覆层高硬度无缺陷的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面工程领域，具体而言，尤其涉及一种高硬度激光熔覆用合金粉末及无缺陷熔覆层制备方法。
背景技术
激光熔覆是指将合金粉末、合金焊丝等通过激光扫描熔化，与基体表面熔化层在极短时间内发生冶金反应，制得稀释度极低与基体成冶金结合的表面熔覆层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热等性能的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。目前的激光熔覆合金粉末，一般硬度难以达到HRC60且同时没有任何裂纹、气孔等缺陷。因比开发高硬度激光熔覆用合金粉末，并给出无缺陷熔覆层的制备方法，成为近年来该领域的热点问题之一。
发明内容
根据上述提出目前的激光熔覆合金粉末，一般硬度难以达到HRC60且同时没有任何裂纹、气孔等缺陷，而提供一种高硬度激光熔覆用合金粉末及无缺陷熔覆层制备方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种高硬度激光熔覆用合金粉末，包括如下组分(以质量百分数计)：C：0.25～0.55％；Si：0.4～0.6％；Cr：17～19％；V：1.5～2.5％；Mo：0.08～0.15％；Ni：2.5～3.3％；Fe：余量。
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
本发明还提供了一种无缺陷熔覆层制备方法，采用上述高硬度激光熔覆用合金粉末，包括以下步骤：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为150～180℃，烘干时间为2～3小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层。
进一步地，熔覆层的厚度为1.8～2.2mm。
进一步地，进行激光熔覆时的工艺参数为：激光功率为：3.5～3.8KW；矩形光斑为：2×14mm；搭接率为：30～50％；扫描速度为：350～450mm/min。
进一步地，进行激光熔覆前对基材预热至200～250℃，熔覆过程不间断进行。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的高硬度激光熔覆用合金粉末及无缺陷熔覆层制备方法，通过上述合金粉末配方制备的高硬度激光熔覆用合金粉末及所给出的激光熔覆层制备方法，在激光熔覆加工后可以和基材形成良好冶金结合、无缺陷的熔覆层，熔覆层表面和截面均无裂纹和气孔等缺陷，满足了激光熔覆层高硬度无缺陷的使用要求。
2、本发明提供的高硬度激光熔覆用合金粉末及无缺陷熔覆层制备方法，充分利用了合金粉末在激光熔覆冷却过程发生马氏体相变，必然发生体积膨胀效应而产生相变应力，叠加激光熔覆层快速冷却过程中由热应力转变来的残余应力，最终在熔覆层表面得到压应力场，有效抑制了熔覆层裂纹的萌生扩展，实现了激光熔覆层高硬度不开裂的要求。
3、本发明提供的无缺陷熔覆层制备方法，通过对基材进行200～250℃预热，减少了熔覆开始时基材表面与熔覆层之间的温度差，使得基材与熔覆层变形更协调，避免了熔覆开始时冷热裂纹的产生，同时，当熔覆进行中，由于熔覆过程必然使得基材升温，使得基材保持了一定的温度进行熔覆，基材和熔覆层间始终保证变形协调，避免了熔覆层和基材产生裂纹等缺陷的。
4、本发明提供的无缺陷熔覆层制备方法，熔覆高硬度合金粉末过程不能间断，防止间断后，继续熔覆时新熔道与已经冷却的高硬度熔道搭接处产生裂纹缺陷。
基于上述理由本发明可在金属表面工程等领域广泛推广。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明提供了一种高硬度激光熔覆用合金粉末，包括如下组分(以质量百分数计)：C：0.25～0.55％；Si：0.4～0.6％；Cr：17～19％；V：1.5～2.5％；Mo：0.08～0.15％；Ni：2.5～3.3％；Fe：余量。
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
本发明提供的合金粉末能有效提升激光熔覆层的硬度，制备的激光熔覆层的平均洛氏硬度为61.5HRC以上。
本发明提供的合金粉末中C含量为0.25～0.55％，C元素有利于提高熔覆层的硬度和耐磨性；Cr含量达到了17～19％，Cr元素在激光熔覆过程中与C等元素形成各种碳化物，提高了熔覆层的硬度和耐磨性能，并显著提高了熔覆层强度；合金粉末配比中的Mo含量0.08～0.15％，该元素具有细化晶粒作用，使得熔覆层具有更高的强韧性，同时Mo元素也是强化元素，能够形成固溶体或形成碳化物，提高耐磨性；V含量1.5～2.5％，V的添加具有细化晶粒，增强熔覆层强韧性的功能，同时V元素还有遏止裂纹萌生扩展的作用，同时对保持熔覆层在外力作用下的硬度能力起重要作用；Ni含量2.5～3.3％，Ni元素的添加具有细化晶粒的作用，还具有提高熔覆层耐腐蚀性和强韧性的功用；Si含量0.4～0.6％，Si元素的添加具有提高熔覆层硬度和脱氧、造渣的作用。
本发明还提供了一种无缺陷熔覆层制备方法，采用上述高硬度激光熔覆用合金粉末，包括以下步骤：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化，后放入烘干箱，设定温度为150～180℃，烘干时间为2～3小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层。
进一步地，熔覆层的厚度为1.8～2.2mm。
进一步地，进行激光熔覆时的工艺参数为：激光功率为：3.5～3.8KW；矩形光斑为：2×14mm；搭接率为：30～50％；扫描速度为：350～450mm/min。
进一步地，进行激光熔覆前对基材预热至200～250℃，熔覆过程不间断进行。
实施例1
本实施例提供的高硬度激光熔覆用合金粉末，包含以下组成分：
C：0.25％ Si：0.4％
Cr：17％ V：1.5％
Mo：0.08％ Ni：2.5％
Fe：余量
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
按以下步骤对本实施例所述的高硬度激光熔覆用合金粉末进行无缺陷熔覆层制备：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为150℃，烘干时间为2小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)进行激光熔覆前对基材预热至200℃，将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为：3.5KW，矩形光斑为：2×14mm，搭接率为：30％，扫描速度为：350mm/min，熔覆过程不间断进行，所制得的熔覆层厚度为1.8mm，平均洛氏硬度为HRC62.3。
实施例2
本实施例提供的高硬度激光熔覆用合金粉末，包含以下组成分：
C：0.55％ Si：0.6％
Cr：19％ V：2.5％
Mo：0.15％ Ni：3.3％
Fe：余量
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
按以下步骤对本实施例所述的高硬度激光熔覆用合金粉末进行无缺陷熔覆层制备：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为180℃，烘干时间为3小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)进行激光熔覆前对基材预热至250℃，将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为：3.8KW，矩形光斑为：2×14mm，搭接率为：50％，扫描速度为：450mm/min，熔覆过程不间断进行，所制得的熔覆层厚度为2.2mm，平均洛氏硬度为HRC61.8。
实施例3
本实施例提供的高硬度激光熔覆用合金粉末，包含以下组成分：
C：0.45％ Si：0.5％
Cr：18％ V：1.8％
Mo：0.12％ Ni：2.8％
Fe：余量
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
按以下步骤对本实施例所述的高硬度激光熔覆用合金粉末进行无缺陷熔覆层制备：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为170℃，烘干时间为2.5小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)进行激光熔覆前对基材预热至230℃，将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为：3.7KW，矩形光斑为：2×14mm，搭接率为：50％，扫描速度为：430mm/min，熔覆过程不间断进行，所制得的熔覆层厚度为2.2mm，平均洛氏硬度HRC62.7。
实施例4
本实施例提供的高硬度激光熔覆用合金粉末，包含以下组成分：
C：0.35％ Si：0.45％
Cr：18％ V：1.8％
Mo：0.12％ Ni：2.8％
Fe：余量
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
按以下步骤对本实施例所述的高硬度激光熔覆用合金粉末进行无缺陷熔覆层制备：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为160℃，烘干时间为2.5小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)进行激光熔覆前对基材预热至230℃，将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为：3.7KW，矩形光斑为：2×14mm，搭接率为：50％，扫描速度为：430mm/min，熔覆过程不间断进行，所制得的熔覆层厚度为2.2mm，平均洛氏硬度HRC62.1。
实施例5
本实施例提供的高硬度激光熔覆用合金粉末，包含以下组成分：
C：0.35％ Si：0.55％
Cr：18％ V：1.9％
Mo：0.12％ Ni：2.8％
Fe：余量
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
按以下步骤对本实施例所述的高硬度激光熔覆用合金粉末进行无缺陷熔覆层制备：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为170℃，烘干时间为3小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)进行激光熔覆前对基材预热至220℃，将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为：3.7KW，矩形光斑为：2×14mm，搭接率为：50％，扫描速度为：430mm/min，熔覆过程不间断进行，所制得的熔覆层厚度为2.2mm，平均洛氏硬度HRC63.2。
实施例6
本实施例提供的高硬度激光熔覆用合金粉末，包含以下组成分：
C：0.52％ Si：0.48％
Cr：19％ V：1.7％
Mo：0.15％ Ni：2.8％
Fe：余量
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
按以下步骤对本实施例所述的高硬度激光熔覆用合金粉末进行无缺陷熔覆层制备：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为180℃，烘干时间为2小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)进行激光熔覆前对基材预热至230℃，将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为：3.8KW，矩形光斑为：2×14mm，搭接率为：50％，扫描速度为：440mm/min，熔覆过程不间断进行，所制得的熔覆层厚度为2.2mm，平均洛氏硬度HRC63.5。
实施例7
本实施例提供的高硬度激光熔覆用合金粉末，包含以下组成分：
C：0.54％ Si：0.56％
Cr：17.8％ V：2.1％
Mo：0.13％ Ni：3.1％
Fe：余量
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
按以下步骤对本实施例所述的高硬度激光熔覆用合金粉末进行无缺陷熔覆层制备：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为160℃，烘干时间为3小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)进行激光熔覆前对基材预热至230℃，将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为：3.6KW，矩形光斑为：2×14mm，搭接率为：50％，扫描速度为：420mm/min，熔覆过程不间断进行，所制得的熔覆层厚度为2.2mm，平均洛氏硬度HRC61.9。
实施例8
本实施例提供的高硬度激光熔覆用合金粉末，包含以下组成分：
C：0.28％ Si：0.46％
Cr：19％ V：1.6％
Mo：0.11％ Ni：2.5％
Fe：余量
进一步地，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
按以下步骤对本实施例所述的高硬度激光熔覆用合金粉末进行无缺陷熔覆层制备：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为180℃，烘干时间为2.5小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)进行激光熔覆前对基材预热至250℃，将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为：3.75KW，矩形光斑为：2×14mm，搭接率为：50％，扫描速度为：430mm/min，熔覆过程不间断进行，所制得的熔覆层厚度为2.1mm，平均洛氏硬度HRC63.3。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种高硬度激光熔覆用合金粉末，其特征在于，包括如下组分(以质量百分数计)：C：0.25～0.55％；Si：0.4～0.6％；Cr：17～19％；V：1.5～2.5％；Mo：0.08～0.15％；Ni：2.5～3.3％；Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的高硬度激光熔覆用合金粉末，其特征在于，各组分采用纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
3.一种无缺陷熔覆层制备方法，采用权利要求1-2任一项所述的高硬度激光熔覆用合金粉末，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按百分比筛选各组分粉末配置成合金粉末，将合金粉末进行真空熔炼和气雾化后放入烘干箱，设定温度为150～180℃，烘干时间为2～3小时；
(2)密封包装干燥好的合金粉末；
(3)将激光熔覆用合金粉末放置于激光熔覆送粉器的送粉筒内，通过重力送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层。
4.根据权利要求3所述的无缺陷熔覆层制备方法，其特征在于，熔覆层的厚度为1.8～2.2mm。
5.根据权利要求3所述的无缺陷熔覆层制备方法，其特征在于，进行激光熔覆时的工艺参数为：激光功率为：3.5～3.8KW；矩形光斑为：2×14mm；搭接率为：30～50％；扫描速度为：350～450mm/min。
6.根据权利要求3所述的无缺陷熔覆层制备方法，其特征在于，进行激光熔覆前对基材预热至200～250℃，熔覆过程不间断进行。
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